JP7040674B2 - 回路素子 - Google Patents

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Description

本発明は、基材層の積層体内にコイル導体を備える回路素子に関する。
従来、基材層の積層体内にコイル導体を設けることによって、チップインダクタや、チップトランス等の回路素子が構成されている。また、上記積層体内にキャパシタ電極を更に設けることによって、例えばLC複合部品として用いられる回路素子が構成されている。
例えば特許文献1には、絶縁体層が積層されてなる積層体にインダクタ及びキャパシタが形成されることによって構成され、フィルタとして用いられる回路素子が示されている。
特開2013-21449号公報
基材層の積層体内の所定の層間に積層方向に巻回軸を有するコイル導体が設けられた回路素子において、内部素子間を接続する電極(例えばキャパシタ電極とコイル導体とを接続する電極)として、ビア導体を積層体内に配置すると、そのビア導体の形成領域分だけコイル開口は小さくなる。例えば、ビア導体をコイル導体形成領域の外側に形成し、このビア導体の形成位置を避けるようにコイル導体の形状を定めた場合、コイル開口は小さくなる。キャパシタ電極についても同様に、ビア導体の形成領域分だけ面積は小さくなる。
一方、内部素子間を接続する電極を積層体の側面に形成すると、上記問題は避けられる。しかし、この内部素子間接続用外部電極はコイル導体が発する磁束を妨げるおそれがある。その結果、インダクタのQ値の低下や、コイル間の結合係数の低下を招く。
そこで、本発明の目的は、基材層の積層体内部を効率的に利用でき、かつ、内部素子間接続用外部電極による、コイル導体の発する磁束の阻害を抑制した回路素子を提供することにある。
本開示の一例としての回路素子は、
基材層が積層されて形成される直方体形状の積層体、当該積層体の内部に設けられた内部素子、前記積層体の外面に設けられた第1外部電極及び第2外部電極を備え、
前記内部素子は前記第1外部電極及び前記第2外部電極に接続されるコイル導体を含み、
前記コイル導体は前記基材層の積層方向に巻回軸を有し、
前記第1外部電極は、前記積層体の、前記積層方向の底面である実装面に接する位置に設けられ、
前記第2外部電極は、前記積層体の4側面のうち隣接する第1側面及び第2側面の交線である側稜部に接する位置、かつ前記実装面から離間する位置に設けられ、
前記実装面に対する平行方向において、前記第2外部電極の最大幅は前記第1外部電極の最大幅より小さい。
本発明によれば、内部素子に接続される第2外部電極が積層体の側稜部に接する位置に形成されているので、基材層の積層体内部を効率的に利用でき、かつ、この第2外部電極による、コイル導体の発する磁束の阻害が抑制された回路素子が得られる。
図1は第1の実施形態に係る回路素子101の斜視図である。 図2は回路素子101の各基材層に形成されている絶縁基材パターン及び導体パターンを示す分解平面図である。 図3(A)は、X-Z面に平行で、且つ回路素子101の中央を通る面での断面図である。図3(B)は、X-Z面に平行で、且つ回路素子101の第3外部電極E31及び第1外部電極E14を通る面での断面図である。 図4は回路素子101の回路図である。 図5は回路素子101内のコイル導体と第2外部電極との干渉について示す図である。 図6は回路素子101の3つの側面に現れる各外部電極の幅を示す図である。 図7は第2の実施形態に係る回路素子102の斜視図である。 図8は回路素子102の各基材層に形成されている導体パターンを示す分解平面図である。 図9は回路素子102の回路図である。 図10は比較例としての回路素子の斜視図である。 図11は比較例としての回路素子内のコイル導体と外部電極との干渉について示す図である。
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上、複数の実施形態に分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第1の実施形態》
図1は第1の実施形態に係る回路素子101の斜視図である。この回路素子101は、基材層が積層されて形成される直方体形状の積層体1、この積層体1の内部に設けられた内部素子、積層体1の外面に設けられた第1外部電極E12,E13,E14、第2外部電極E21,E22,E23,E24及び第3外部電極E31を備える。上記内部素子は第1外部電極E12,E13,E14及び第2外部電極E21,E22,E23,E24に接続されるコイル導体を含む。このコイル導体は、後に示すとおり、基材層の積層方向(図1におけるZ軸に平行方向)に巻回軸を有する。図1においては、積層体1の各辺に平行な軸をX,Y,Z軸として座標軸を表している。
第1外部電極E12,E13,E14は、積層体1の、積層方向の底面である実装面Bに接する位置に設けられている。第2外部電極E21,E22,E23,E24は、積層体1の4側面RS1,RS2,RS3,RS4のうち、隣接する2側面の交線である側稜部SL12,SL23,SL34,SL41に、かつ実装面Bから離間する位置に設けられている。
実装面Bに対する平行方向において、第2外部電極E22,E23,E24の最大幅は第1外部電極E12,E13,E14の最大幅より小さい。また、第2外部電極E21の最大幅は第3外部電極E31の最大幅より小さい。
図2は回路素子101の各基材層に形成されている絶縁基材パターン及び導体パターンを示す分解平面図である。基材層S1は最上層の基材層であり、基材層S13は最下層の基材層である。基材層S2~S12は、最上層の基材層S1と最下層の基材層S13との間にある基材層である。基材層S13の下面には、第1外部電極E12,E13,E14及び第3外部電極E31が形成されている。基材層S2~S10には第2外部電極E21,E22,E23,E24が形成されている。基材層S11には第2外部電極E22,E23,E24が形成されている。また、基材層S12には第2外部電極E22,E23,E24及び第3外部電極E31が形成されている。第2外部電極E21,E22,E23,E24は各基材層S2~S12を貫通するように設けられている。つまり、第2外部電極E21,E22,E23,E24は複数の基材層にまたがるように基材層の積層方向において連続的に形成されている。このように、各基材層に形成されている第2外部電極E21,E22,E23,E24は同一符号の外部電極同士で導通する。基材層S12に形成されている第2外部電極E22,E23,E24は基材層S13に形成されている第1外部電極E12,E13,E14にそれぞれ導通する。また、基材層S12に形成されている第3外部電極E31と基材層S13に形成されている第3外部電極E31とは導通する。
基材層S2,S3,S4には第1コイル導体L11,L12,L13がそれぞれ形成されている。また、基材層S6,S7,S8には第2コイル導体L21,L22,L23がそれぞれ形成されている。図2において破線はビア導体による接続位置を示している。
第1コイル導体L11の第1端は第2外部電極E22に接続されている。基材層S3には、第1コイル導体L11の第2端と第1コイル導体L12の第1端とを接続するビア導体が形成されている。また、基材層S4には、第1コイル導体L12の第2端と第1コイル導体L13の第1端とを接続するビア導体が形成されている。第1コイル導体L13の第2端は第2外部電極E21に接続されている。上記第1コイル導体L11,L12,L13及びビア導体によって、後に示す第1コイルL1が構成される。
第2コイル導体L21の第1端は第2外部電極E21に接続されている。基材層S7には、第2コイル導体L21の第2端と第2コイル導体L22の第1端とを接続するビア導体が形成されている。また、基材層S8には、第2コイル導体L22の第2端と第2コイル導体L23の第1端とを接続するビア導体が形成されている。第2コイル導体L23の第2端は第2外部電極E23に接続されている。上記第2コイル導体L21,L22,L23及びビア導体によって、後に示す第2コイルL2が構成される。
基材層S9,S10には、キャパシタ電極C1,C2がそれぞれ形成されている。上記キャパシタ電極C1,C2によって、後に示すキャパシタCが構成される。
積層体1の各基材層S1~S13は、感光性絶縁ペースト及び感光性導電ペーストのスクリーン印刷、露光及び現像によって形成され、これら基材層の積層形成によって積層体1は形成される。
具体的には、感光性絶縁ペースト層をスクリーン印刷し、紫外線を照射し、アルカリ溶液で現像する。これにより外部電極用の開口やビアホール等を有する絶縁基材パターンを形成する。また、感光性導電ペーストをスクリーン印刷し、紫外線を照射し、アルカリ溶液で現像することによって導体パターンを形成する。この絶縁基材パターン及び導体パターンの積層によって、マザー積層体を得る。その後、このマザー積層体を個片に分断することによって多数の積層体1を得る。各外部電極の表面には、はんだ付け性向上、導電率向上、耐環境性向上を目的として、例えばNi / Auめっきを施す。
上記積層体1の形成方法はこれに限らない。例えば、導体パターン形状に開口したスクリーン版による導体ペーストを印刷し積層する工法でもよい。絶縁基材に導体箔を貼付し、導体箔のパターンニングによって各基材層の導体パターンを形成してもよい。また、外部電極の形成方法もこれに限らず、例えば、積層した素体に対する導体ペーストのディッピングやスパッタリング法によって、積層体1の底面及び側面に外部電極を形成してもよく、さらに、その表面にめっき加工を施してもよい。
図3(A)は、X-Z面に平行で、且つ回路素子101の中央を通る面での断面図である。また、図3(B)は、X-Z面に平行で、且つ回路素子101の第3外部電極E31及び第1外部電極E14を通る面での断面図である。
Z軸に平行方向に視て、上記第1コイル導体L11,L12,L13のコイル開口と上記第2コイル導体L21,L22,L23のコイル開口とは重なるので(巻回軸が揃っているので)、第1コイルL1と第2コイルL2とは磁界結合する。
図4は回路素子101の回路図である。回路素子101は、上記第1コイル導体L11,L12,L13によって構成される第1コイルL1、上記第2コイル導体L21,L22,L23によって構成される第2コイルL2、上記キャパシタ電極C1,C2によって構成されるキャパシタCを備える。端子T1は上記第1外部電極E12に相当し、端子T2は上記第1外部電極E13に相当する。また、端子T4は上記第1外部電極E14に相当する。この回路は、端子T4がグランド電位に接続され、端子T1,T2に不平衡信号を入出力するフィルタ回路として作用する。つまり、第1コイルL1、第2コイルL2のインダクタとキャパシタCとでLCフィルタ回路が構成される。
図5は本実施形態の回路素子内のコイル導体と第2外部電極との干渉について示す図である。図10は比較例としての回路素子の斜視図であり、図11はこの比較例としての回路素子内のコイル導体と外部電極との干渉について示す図である。
図10、図11に示す比較例としての回路素子は、対向する2側面に外部電極E1A,E1B,E1C,E1D及び外部電極E2を備える。外部電極E2は、積層体内の内部素子に接続される。この例のように、外部電極が直方体状の積層体1の対向する2側面に形成されていると、これら外部電極を避ける形状のコイル導体パターンを設けることになり、コイル導体パターンの周回範囲を大きくとれない。また、キャパシタ電極についてもその面積を大きくとれない。
これに対して、本実施形態では、図5に表れているように、第2外部電極E21,E22,E23,E24はコイル導体の周回範囲を阻害しにくい。このことにより、コイル導体L11,L12,L13,L21,L22,L23の周回範囲を大きく確保できる。
図5、図11において、矢じり付き破線は、コイル導体によって形成される磁束を概略的に表している。比較例としての回路素子では、図11に示すように、外部電極E1A,E1B,E1C,E1D及び外部電極E2が磁束の経路を遮ってしまう。そのため、コイル間の結合係数の低下やコイルのQ値の劣化が生じる。
図5に示すコイル開口の内側において破線で示す領域は、コイル導体が周回することで形成される角部の内側に挟まれる領域であり、磁束密度の高い領域である。一方、コイル開口の外側において二点鎖線で示す領域は、コイル導体が周回することで形成される角部の外側に形成される領域であり、磁束密度の低い領域である。本実施形態の回路素子101では、この磁束密度の低い領域に第2外部電極E21,E22,E23,E24が形成されているので、これら第2外部電極E21,E22,E23,E24が、コイル導体によって形成される磁束を遮る割合は非常に少ない。その結果、コイル間の結合係数の低下やコイルのQ値の劣化が回避される。
図6は回路素子101の3つの側面に現れる各外部電極の幅を示す図である。図1、図6から明らかなように、この例では、第1側面RS1は広面積の側面、第2側面RS2は狭面積の側面である。第2外部電極E21,E24の第1側面RS1における幅(実装面に対する平行方向の幅)は、第2側面RS2における幅(実装面に対する平行方向の幅)より大きい。第2外部電極E22,E23についても同様である。また、第3外部電極E31も、第1側面RS1における幅は、第2側面RS2における幅より大きい。
このように、直方体形状の積層体の長手方向と、第2外部電極E21,E22,E23,E24の長手方向が一致しているので、積層体1の各側面において、側面に対する第2外部電極の占有率が揃う。そのことにより、コイル導体パターンは、第2外部電極E21,E22,E23,E24を避ける形状にしやすく、積層体1内部の容積を効率的に利用できる。
既に述べたとおり、本実施形態によれば、内部素子であるコイル導体L11,L12,L13,L21,L22,L23及びキャパシタ電極C1,C2に接続される第2外部電極E21,E22,E23,E24が積層体1の側稜部SL12,SL23,SL34,SL41に接する位置に形成されているので、積層体1の内部容積が効率的に利用できる。また、第2外部電極E21,E22,E23,E24は、コイル導体L11,L12,L13,L21,L22,L23が発する磁束を遮り難い位置にあるので、第1コイルL1と第2コイルL2との結合係数の低下やコイルのQ値の劣化が抑制される。
また、本実施形態によれば、第1外部電極E12,E13,E14及び第3外部電極E31は、積層体1の実装面Bに接し、かつ側稜部SL12,SL23,SL34,SL41に接する位置に設けられているので、積層体1の内部容積が効率的に利用できる。また、第1外部電極E12,E13,E14及び第3外部電極E31は、コイル導体L11,L12,L13,L21,L22,L23が発する磁束を遮り難い位置にあるので、第1コイルL1と第2コイルL2との結合係数の低下やコイルのQ値の劣化が抑制される。
また、本実施形態によれば、第1外部電極E12,E13,E14及び第3外部電極E31が、直方体形状の積層体1の実装面Bに角部に配置されるので、回路基板への回路素子101の表面実装時に、回路素子101が立ち上がるツームストーン現象が起きにくい。
さらに、本実施形態によれば、実装面Bに対する平行方向において、第2外部電極E22,E23,E24の幅は第1外部電極E12,E13,E14の幅より小さい。同様に、第2外部電極E21の幅は第3外部電極E31の幅より小さい。この構造により、磁束密度が高い箇所での外部電極の占有領域が小さくなるため、外部電極に磁束がぶつかりにくくなり、コイル導体の発する磁束の阻害が抑制される。このような効果を有効とするためには、第2外部電極E22,E23,E24の最大幅が第1外部電極E12,E13,E14の最大幅より小さくなっていればよい。同様に、第2外部電極E21の最大幅が第3外部電極E31の最大幅より小さくなっていればよい。
また、図6から明らかなように、第1の外部電極E12および第2の外部電極E22は積層体の側面RS2においてL字状に形成され、実装面と接するL字状下部である第1外部電極E12の、積層方向の長さは、積層体の側稜部(図1に示すSL23)と接するL字状側部である第2外部電極E22の長さよりも小さい。この構造により、リフローはんだ工程が複数回繰り返されても、はんだが第1外部電極E12,E13,E14及び第3外部電極E31部分にまで濡れ上がり、その部分にのみ「はんだフィレット」が形成される。つまり、はんだの濡れ上がり範囲が規制される。その結果、回路基板に対する回路素子101の高い実装強度が得られる。また、積層方向の長い範囲に亘って外部電極が形成されているにもかかわらず、第2外部電極E21,E22,E23,E24にまでははんだが濡れ上がり難いので、回路素子101が立ち上がるツームストーン現象を防止できる。また、第2外部電極E21と第3外部電極E31とのはんだブリッジも防止できる。
《第2の実施形態》
第2の実施形態では、第1の実施形態で示した回路素子101とは、第1外部電極及び第2外部電極の構成が異なる回路素子の例について示す。
図7は第2の実施形態に係る回路素子102の斜視図である。この回路素子102は、基材層が積層されて形成される直方体形状の積層体1、この積層体1の内部に設けられた内部素子、積層体1の外面に設けられた第1外部電極E11,E12,E13,E14及び第2外部電極E21,E22,E23,E24を備える。図1に示した回路素子101とは、第1外部電極E11を備えることと、この第1外部電極E11に第2外部電極E21が導通している点で異なる。
図8は回路素子102の各基材層に形成されている導体パターンを示す分解平面図である。基材層S1は最上層の基材層であり、基材層S13は最下層の基材層である。基材層S2~S12は、最上層の基材層S1と最下層の基材層S13との間にある基材層である。基材層S13の下面には、第1外部電極E11,E12,E13,E14が形成されている。基材層S2~S12には第2外部電極E21,E22,E23,E24が形成されている。各基材層に形成されている第2外部電極E21,E22,E23,E24は同一符号の外部電極同士で導通する。基材層S12に形成されている第2外部電極E21,E22,E23,E24は、基材層S13に形成されている第1外部電極E11,E12,E13,E14にそれぞれ導通する。その他の構成は第1の実施形態で示したとおりである。
図9は回路素子102の回路図である。回路素子102は、第1コイルL1、第2コイルL2及びキャパシタCを備える。端子T1は第1外部電極E12に相当し、端子T2は第1外部電極E13に相当する。端子T3は第1外部電極E11に相当する。また、端子T4は第1外部電極E14に相当する。この回路は、端子T4がグランド電位に接続され、端子T1,T2に不平衡信号を入出力するLCフィルタ回路として作用する。
図1に示した例では、第3外部電極E31が第1外部電極及び第2外部電極に繋がらない、単なる実装用の電極であったが、第2の実施形態で示すように、全ての第2外部電極がそれぞれ第1外部電極に繋がっていてもよい。
本実施形態によれば、内部素子であるコイル導体L11,L12,L13,L21,L22,L23及びキャパシタ電極C1,C2に接続される第2外部電極E21,E22,E23,E24が積層体1の側稜部に接する位置に形成されているので、積層体1の内部容積が効率的に利用できる。また、第2外部電極E21,E22,E23,E24は、コイル導体L11,L12,L13,L21,L22,L23が発する磁束を遮り難い位置にあるので、第1コイルL1と第2コイルL2との結合係数の低下やコイルのQ値の劣化が抑制される。
また、本実施形態によれば、第1外部電極E11,E12,E13,E14は、積層体1の実装面Bに接し、かつ側稜部に接する位置に設けられているので、積層体1の内部容積が効率的に利用できる。また、第1外部電極E11,E12,E13,E14は、コイル導体L11,L12,L13,L21,L22,L23が発する磁束を遮り難い位置にあるので、第1コイルL1と第2コイルL2との結合係数の低下やコイルのQ値の劣化が抑制される。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
例えば、外部電極の外形線は、図1、図7に示した直交3軸の座標におけるX,Y,Zの軸に平行な線で構成されるものに限らない。例えば、上記外形線に、上記3軸から傾斜する部分を有していてもよい。また、丸みや曲線を有していてもよい。外部電極の形状については種々のバリエーションが考えられる。
また、第2外部電極は直方体形状の積層体1の4つの角部すべてに無くてもよく、必要な数だけ設ければよい。
また、以上に示した例では、第1外部電極を実装面及び側稜部に接する位置に設けたが、側稜部に接しない位置に設けてもよい。その場合でも、第1外部電極は実装面に接する位置にあるので、積層体内の内部素子のパターン形成範囲にあまり制限を与えることはない。
B…実装面
C…キャパシタ
C1,C2…キャパシタ電極
E11,E12,E13,E14…第1外部電極
E1A,E1B,E1C,E1D…外部電極
E2…外部電極
E21,E22,E23,E24…第2外部電極
E31…第3外部電極
L1…第1コイル
L11,L12,L13…第1コイル導体
L2…第2コイル
L21,L22,L23…第2コイル導体
RS1,RS2,RS3,RS4…側面
S1~S13…基材層
SL12,SL23,SL34,SL41…側稜部
T1,T2,T3,T4…端子
1…積層体
101,102…回路素子

Claims (7)

  1. 基材層が積層されて形成される直方体形状の積層体、当該積層体の内部に設けられた内部素子、前記積層体の外面に設けられた第1外部電極、第2外部電極及び第3外部電極を備え、
    前記内部素子は前記第1外部電極に接続されるコイル導体を含み、
    前記コイル導体は前記基材層の積層方向に巻回軸を有し、
    前記第1外部電極は、前記積層体の、前記積層方向の底面である実装面に接する位置に設けられ、
    前記第外部電極は、前記積層体の4側面のうち隣接する2側面の交線である側稜部に接する位置、かつ前記積層体の、前記積層方向の底面である実装面から離間する位置に設けられ、
    前記第外部電極は、前記第外部電極に繋がらず、前記実装面に接する位置に設けられ、かつ前記第外部電極と共に前記側稜部に設けられる、
    回路素子。
  2. 記実装面に対する平行方向において、前記第外部電極の最大幅は前記第外部電極の最大幅より小さい、
    請求項1に記載の回路素子。
  3. 前記第外部電極は、前記実装面及び前記側稜部に接する位置に設けられた、
    請求項1または請求項2に記載の回路素子。
  4. 前記積層体の隣接する2側面は、広面積の第1側面と狭面積の第2側面とで構成され、
    前記第外部電極の、前記第1側面における前記実装面に対する平行方向の幅は前記第2側面における前記実装面に対する平行方向の幅より大きい、
    請求項1から3のいずれかに記載の回路素子。
  5. 前記内部素子は前記第外部電極に接続されるキャパシタ電極を含む、
    請求項1から4のいずれかに記載の回路素子。
  6. 前記コイル導体によるインダクタと前記キャパシタ電極によるキャパシタとでLCフィルタ回路が構成される、請求項5に記載の回路素子。
  7. 前記第1外部電極及び前記第外部電極は前記積層体の側面においてL字状に形成され、前記実装面に接するL字状下部の前記積層方向の長さは、前記側稜部に接するL字状側部の前記積層方向の長さよりも小さい、請求項1から6のいずれかに記載の回路素子。
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